RANCANG BANGUN HIKING TRACKER UNTUK MONITORING PENDAKI GUNUNG
MENGGUNAKAN GPS BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 16
1. Latar BelakangGlobal Positioning System (GPS) merupakan suatu
perangkat elektronik yang dapat digunakan untuk menentukan posisi
koordinat di bumi berdasarkan kedudukan garis lintang dan garis
bujur bumi. GPS receiver menggunakan beberapa satelit yang
mengorbit di bumi untuk menentukan keakuratan posisi yang
diukur.Selain sebagai penentu koordinat bumi GPS receiver juga
dilengkapi dengan radio komunikasi, yang sangat membantu dalam
pengiriman data. Data akan dikirimkan ke radio komunikasi lain
seperti Handie Talkie (HT) secara half duplex. Agar sistem ini
dapat bejalan dengan baik diperlukan Microcontroller sebagai
pengendali. Dengan menggabungkan antara microcontroller dengan GPS
receiver maka terbentuklah suatu sistem penentuan lokasi Pendaki
gunung menggunakan GPS receiver dengan memanfaatkan radio frekuensi
sebagai komunikasi data.Skripsi ini adalah untuk merancang dan
membuat sistem memantau lokasi pendaki gunung yang melakukan
pendakian berdasarkan GPS dan proses komunikasi data dengan
Personal Computer (PC) melalui radio frekuensi, selanjutnya oleh PC
ditampilkan dalam peta digital. Karena melihat masih ada
permasalahan dan kejadian pendaki-pendaki gunung yang hilang saat
melakukan pendakian karena kesasar atau hal lainnya, sehingga dalam
proses pencarian dan evakuasi oleh pihak keamanan dan yang terkait
mengalami kesulitan dan memakan waktu yang lama. Dari situlah kami
terinspirasi merancang dan membuat alat sistem monitoring pendaki
gunung ini menggunakan GPS. Hasil yang diperoleh adalah dapat
mengetahui posisi pendaki dan pemetaan ke dalam sebuah peta
digital. Tampilan posisi pendaki pada PC berupa sebuah titik di
peta digital.
2. Rumusan MasalahMengacu pada latar belakang yang telah di
papakarkan di atas, di dapat beberapa permasalahan yang ada yaitu
:1. Bagaimana merancang suatu sistem monitoring yang mampu memantau
keberadaan seorang pendaki yang sedang melalukan pendakian secara
real time.1. Bagaimana merancang dan membuat alat sistem monitoring
pendaki gunung menggunakan mikrokontroller dan GPS untuk bisa
ditampilkan pada peta digital.
1. Batasan MasalahDalam penyusunan skripsi ini penulis akan
memberikan batasan-batasan agar tidak terjadi penyimpangan maksud
dan tujuan utama dalam penyusunan skripsi ini. Adapun
batasan-batasan masalah pada skripsi ini adalah :1. Perancangan
alat hanya untuk memonitoring dan memantau posisi seorang pendaki
gunung.1. Pengiriman informasi menggunakan Radio Frekuensi.1. Tidak
membahas tentang GPS secara detail.1. Rangkaian pengontrol
menggunakan mikrokontroller ATMEGA 16.1. Tidak membahas metode
pendakian.
1. TujuanPembuatan skripsi ini bertujuan untuk membuat suatu
alat dan sistem monitoring yang mampu memantau keberadaan seorang
pendaki gunung yang sedang melalukan pendakian, sehingga
meminimalisasi kejadian pendaki yang hilang saat melakukan
pendakian.
1. Metodologi PenelitianAdapun metode penelitian yang digunakan
dalam pembuatan skripsi ini adalah sebagai berikut:1. Studi
literaturPengumpulan data yang dilakukan dengan mencari bahan-bahan
kepustakaan, referensi, dan dari survei lapangan dari berbagai
sumber sebagai landasan teori yang ada hubungannya dengan
permasalahan yang dijadikan objek penelitian.2. Analisa Kebutuhan
AplikasiData dan informasi yang telah diperoleh akan dianalisa agar
dihasilkan kerangka global yang bertujuan untuk mendefinisikan
kebutuhan sistem dimana natinya akan digunakan sebagai acuan
perancangan sistem.3. Perancangan dan ImplementasiBerdasarkan data
dan informasi yang telah diperoleh serta analisa kebutuhan untuk
membangun sistem ini, akan dibuat rancangan kerangka global yang
menggambarkan mekanisme dari sistem yang akan dibuat dan
diimplementasikan ke dalam sistem.4. Eksperimen dan EvaluasiPada
tahap ini, sistem yang telah selesai dibuat akan diuji coba, yaitu
pengujian berdasarkan fungsionalitas program dan penyempurnaan
sistem jika diperlukan.5. Penulisan laporan skripsi.
6. Sistematika penulisan Penulisan skripsi ini terbagi dalam
lima bab dengan sistematika sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUANBab ini berisi tentang penguraian secara
singkat latar belakang, tujuan, perumusan masalah, batasan masalah,
batasan masalah, metodologi penulisan, dan sistematika
penulisan.
BAB II LANDASAN TEORIPada bab ini akan dijelaskan tentang teori
penunjang yang digunakan dalam pembuatan skripsi ini.
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALATMembahas tentang
perancangan alat baik perangkat keras maupun perangkat lunak, serta
cara kerja blok diagram.
BAB IV PENGUJIAN ALATMencakup pembahasan tentang proses
pengujian alat yang terdiri dari peralatan yang digunakan, langkah
kerja dan analisa hasil pengujian.
BAB V PENUTUPPenulis menarik kesimpulan dari apa yang telah
diuraikan pada bab-bab sebelumnya dan mengemukakan saran-saran yang
mungkin akan bermanfaat bagi laporan akhir ini.
7. Desain dan perancangan Sistem
Gambar 1. Blok DiagramPrinsip Kerja:GPS Receiver akan menerima
sinyal-sinyal yang dipancarkan oleh satelit GPS untuk menentukan
jarak setiap satelit dari penerima, dan menggunakan informasi ini
untuk menentukan lokasi pengamat yang membawa penerima ini
(berdasarkan garis lintang dan bujurnya).Data informasi yang
diterima dari GPS receiver kemudian diolah mikrokontroller agar
bisa dikirimkan melalui Radio Frekuensi Transmitter (RF Tx). Data
informasi yang dikirimkan RF Tx akan diterima oleh Radio Frekuensi
Receiver (RF Rx). Data dari RF Rx akan melalui level converter TTL
RS 232 untuk dapat diproses oleh server/ komputer. Hasil dari
proses tersebut berupa tampilan titik posisi di peta digital.
8. Tinjauan Pustaka
1. Mikrokontroler Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer
lengkap dalam satu serpih (chip). Mikrokontroler lebih dari sekedar
sebuah mikroprosesor karena sudah terdapat atau berisikan ROM
(Read-Only Memory), RAM (Read-Write Memory), beberapa bandar
masukan maupun keluaran, dan beberapa peripheral seperti
pencacah/pewaktu, ADC (Analog to Digital converter), DAC (Digital
to Analog converter) dan serial komunikasi.
Gambar 2. Atmega 16Salah satu mikrokontroler yang banyak
digunakan saat ini yaitu mikrokontroler AVR. AVR adalah
mikrokontroler RISC (Reduce Instuction Set Compute) 8 bit
berdasarkan arsitektur Harvard. Secara umum mikrokontroler AVR
dapat dikelompokkan menjadi 3 kelompok, yaitu keluarga AT90Sxx,
ATMega dan ATtiny. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing
kelas adalah memori, peripheral dan fiturnya.AVR memiliki
keunggulan di bandingkan dengan mikrokontroler lain, keunggulan
mikrokontroler AVR memiliki kecepatan eksekusi program yang lebih
cepat karena sebagian besar instuksi di eksekusi dalam 1 siklus
clock, lebih cepat di bandingkan dengan mikrokontroler MCS51 yang
memiliki arsitektur CISC (Complex Instruction Set Compute) dimana
mikrokontroler MCS15 membutuhkan 12 siklus clock untuk mengeksekusi
1 instruksi. Selain itu, mikrokontroler AVR memiliki fitur yang
lengkap (ADC internal, EEPROM Internal, Timer/Counter, Watchdog
Timer, PWM, Port I/O, komunikasi serial, Komparator, I2C,dll.),
sehingga fasilitas yang lengkap ini, programmer dan desainer dapat
menggunakannya untuk berbagai aplikasi sistem elektronika seperti
robot, otomasi industry, peralatan telekomunikasi dan berbagai
keperluan lain. Secara umum mikrokontroler AVR dapat di kelompokan
menjadi 3 kelompok, di antaranya: AT90Sxx, ATMega dan
ATiny.Mikrokontroler ini menggunakan arsitektur Harvard yang
memisahkan memori program dari memori data, baik bus alamat maupun
bus data, sehingga pengaksesan program dan data dapat dilakukan
secara bersamaan (concurrent).Secara garis besar mikrokontroler
ATMega16 terdiri dari :1. Arsitektur RISC dengan throughput
mencapai 16 MIPS pada frekuensi 16Mhz.2. Memiliki kapasitas Flash
memori 16Kbyte, EEPROM 512 Byte, dan SRAM 1Kbyte3. Saluran I/O 32
buah, yaitu Bandar A, Bandar B, Bandar C, dan Bandar D.4. CPU yang
terdiri dari 32 buah register.5. User interupsi internal dan
eksternal6. Bandar antarmuka SPI dan Bandar USART sebagai
komunikasi serial7. Fitur Peripheral Dua buah 8-bit timer/counter
dengan prescaler terpisah dan mode compare Satu buah 16-bit
timer/counter dengan prescaler terpisah, mode compare, dan mode
capture Real time counter dengan osilator tersendiri Empat kanal
PWM dan Antarmuka komparator analog 8 kanal, 10 bit ADC
Byte-oriented Two-wire Serial Interface Watchdog timer dengan
osilator internal
Konfigurasi pin mikrokontroler Atmega16 dengan 40 pin dapat
dilihat pada Gambar di bawah ini. Dari gambar tersebut dapat
terlihat ATMega16 memiliki 8 pin untuk masing-masing Port A, Port
B, Port C, dan Port D.
Gambar 3. Pin-pin Atmega 16Pin-pin pada ATMega16 dengan kemasan
40 pin DIP (dual inline package) ditunjukkan oleh gambar 1.2. Guna
memaksimalkan performa, AVR menggunakan arsitektur Harvard (dengan
memori dan bus terpisah untuk program dan data).2. Global
Positioning System (GPS)Global Positioning System (GPS) merupakan
sistem koordinat global yang dapat menentukan koordinat posisi
benda dimana saja di bumi baik koordinat lintang, bujur, maupun
ketinggiannya. Teknologi ini sudah menjadi standar untuk digunakan
pada dunia pelayaran dan penerbangan di dunia. Kita pun dapat
memanfaatkannya untuk kebutuhan kita sendiri. Sistem GPS dapat
memberikan data koordinat global karena didukung oleh informasi
dari 24 satelit yang ada pada ketinggian orbit sekitar 11.000 mil
di atas bumi. Satelit-satelit tersebut terbagi atas 6 bidang orbit
yang berbeda dengan masing-masing bidang orbit diisi oleh 4
satelit. Dengan konfigurasi seperti ini, maka setiap titik di bumi
selalu akan dapat ditentukan koordinatnya oleh GPS setiap saat
selama 24 jam penuh perhari. Teknologi GPS pada awalnya digunakan
untuk keperluan militer. Penyedia satelit untuk sistem GPS untuk
dunia adalah pemerintah Amerika Serikat. Selain Amerika, dulu pihak
Rusia/Uni Soviet juga memiliki dan mengembangkan sistem seperti
ini. Kini pihak Uni Eropa juga berkeinginan memiliki dan
menyediakan sendiri sistem yang sejenis.
Teknologi GPS ini bebas dimanfaatkan oleh siapa saja di dunia
secara gratis asal memiliki alat GPS receiver. Alat GPS receiver
ini adalah suatu alat yang dapat menerima sinyal satelit-satelit
GPS untuk kemudian melakukan perhitungan koordinat posisi dirinya
berdasarkan data yang ada. GPS Receiver Untuk memanfaatkan GPS,
kita harus menggunakan alat penerima GPS (GPS receiver). Tugas alat
penerima sinyal GPS adalah mencari tiga atau lebih satelit-satelit
ini (dengan cara mendeteksi sinyal yang dipancarkan dari
satelit-satelit itu), untuk menentukan jarak setiap satelit dari
penerima, dan menggunakan informasi ini untuk menentukan lokasi
pengamat yang membawa penerima ini (berdasarkan garis lintang dan
bujurnya). Sebagai informasi, sinyaGPS ini ditransmisikan
dalamfrekuensi L Band, yakni pada angka 1575,42 dan 1227,60
Mhz.Alat ini akan menunjukkan lokasi kita dalam format koordinat,
seperti pada peta biasa. Jika kita perhatikan, setiap peta selalu
dilengkapi dengan garis-garis melintang dan membujur. Berdasarkan
koordinat garis lintang dan garis bujur itulah kita menentukan
letak suatu tempat. GPS juga memiliki koordinat serupa yang disebut
waypoint. Tentu saja, waypoint pada GPS lebih teliti dan lebih
akurat ketimbang koordinat peta.Setiap satelit GPS memancarkan
sinyal-sinyal gelombang mikro. GPS receiver menggunakan sinyal
satelit yang diterima untuk melakukan triangulasi posisi dengan
cara mengukur lama perjalanan waktu sinyal dikirimkan dari satelit,
kemudian mengalikannya dengan kecepatan cahaya untuk menentukan
secara tepat berapa jauh dirinya dari satelit. Dengan mengunci
minumum 3 sinyal dari satelit yang berbeda, maka GPS receiver dapat
menghitung posisi tetap sebuah titik yaitu koordinat posisi lintang
dan bujur (Latitude & Longitude). Penguncian sinyal satelit
yang ke-4 membuat pesawat penerima GPS dapat menghitung posisi
ketinggian titik tersebut terhadap muka laut (Altitude). GPS
receiver akan terus menjaga dan mengunci sinyal satelit yang
diperlukan untuk melakukan triangulasi secara bersama dan paralel.
Dengan sistem ini, informasi navigasi yang diterima akan selalu up
to date.
GPS receiver juga akan terus mencari sinyal satelit sehingga
mendapat 10 sampai 12 sinyal satelit sekaligus. Tambahan channel
sinyal satelit ini dapat diolah sehingga data koordinat yang
diperoleh akan lebih terpercaya serta akurasinya lebih baik.
Gambar 4. Modul GPS Receiver
3. Modul RFModul RF, seperti namanya, beroperasi pada Frekuensi
Radio. Rentang frekuensi yang sesuai bervariasi antara 30 kHz &
300 GHz. Dalam sistem RF, data digital direpresentasikan sebagai
variasi amplitudo dari gelombang pembawa. Jenis modulasi yang
dikenal sebagai Amplitudo Shift Keying (ASK).Penularan melalui RF
lebih baik dari IR (inframerah) karena berbagai alasan. Pertama,
sinyal melalui RF dapat melakukan perjalanan melalui jarak yang
lebih besar sehingga cocok untuk aplikasi jarak jauh. Selain itu,
sementara IR kebanyakan bekerja di line-of-sight mode, Sinyal RF
dapat melakukan perjalanan bahkan ketika ada halangan antara
pemancar & penerima. Selanjutnya, transmisi RF lebih kuat dan
dapat diandalkan dibandingkan transmisi IR. RF komunikasi
menggunakan frekuensi tertentu tidak seperti sinyal inframerah yang
dipengaruhi oleh sumber memancarkan inframerah lain.Modul ini
terdiri dari sebuah RF Transmitter RF dan Receiver RF. Pemancar /
penerima (Tx / Rx) pasangan beroperasi pada frekuensi 434 MHz.
Sebuah pemancar RF menerima data serial dan mengirimkan secara
nirkabel melalui RF melalui antena. Transmisi terjadi pada tingkat
1Kbps - data yang dikirimkan 10Kbps.The diterima oleh operasi
penerima RF pada frekuensi yang sama dengan pemancar.Modul RF
sering digunakan alongwith sepasang encoder / decoder. Encoder ini
digunakan untuk encoding data paralel untuk pakan transmisi
sementara penerimaan diterjemahkan oleh decoder. HT12E-HT12D,
HT640-HT648, dll adalah beberapa IC encoder / decoder pasangan yang
umum digunakan.
Gambar 6. Modul RF4. Peta DigitalPeta digital, atau disebut juga
kartografi digital adalah proses pengumpulan data peta yang
dikompilasi dan diformat menjadi gambar virtual. Fungsi utama dari
teknologi ini adalah untuk menghasilkan peta yang memberikan
representasi akurat dari suatu daerah tertentu, merinci jalan-jalan
dan tempat-tempat lainnya. Teknologi ini juga memungkinkan
perhitungan jarak dari tempat sekali untuk yang lain dan dapat
digunakan untuk melakukan manipulasi tampilan peta sesuai dengan
kebutuhan. Peta digital mempunyai bagian-bagian penyusun yang
membentuk satu kesatuan yang disebut sebagai layer/lapisan peta
digital. Peta digital diperoleh dari proses digitasi dari peta
fisik, dan dikonversi ke dalam data. File peta digital dari hasil
digitasi peta tersebut dikelompokkan berdasarkan pada layer-layer
yang sesuai dengan tipenya masing-masing, misalnya layer garis
diperuntukkan untuk data digital batas wilayah, layer
poligondigunakan untuk data digital kawasan prioritas dan
penggunaan lahan lain, layer titik digunakan untuk memberikan label
nama untuk setiap kawasan. Penggunaan layer yang berbeda-beda ini
memungkinkan fleksibilitas dalam pengolahan data. Misalkan untuk
hal pemilihan jalur yang digunakan untuk menunjukkan jalan dari
satu tempat ke tempat yang lain, maka digunakanlah layer jalan.
Sedangkan untuk menunjukkan wilayah tertentu, maka digunakanlah
layer area/wilayah.
Gambar 7. Tampilan Peta DigitalDAFTAR PUSTAKAHasanuddin, A.Z.,
1995., Penentuan Posisi dengan GPS dan Aplikasinya. Pradnya
Paramita. Jakarta.
Andrianto Heri. 2008. Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMEGA 16.
Bandung: Informatika bandung.
Abidin, Hasanuddin Z, 2000, Penentuan Posisi dengan GPS dan
Aplikasinya, Pradnya Paramita, Jakarta.
Budiharto, Widodo, 2008, Panduan Praktikum Mikrokontroler AVR
Atmega16, Elex Media Komputindo, Jakarta.
Yannis E, Papananors, 1999. Radio-Frequency Microelectronic
Application, Springer 1 edition.
http://maxembedded.wordpress.com/2011/09/06/rf-module-interfacing-without-microcontrollers/Tanggal
akses 30 Mei 2012
http://students.netindonesia.net/blogs/talingtarung/archive/2012/02/17/gis-series-map-digital.aspxTanggal
akses 30 Mei 2012
http://en.wikipedia.org/wiki/Radio_frequencies#Radio_frequency_spectrum.Tanggal
akses 30 Mei 2012
RANCANG BANGUN HIKING TRACKER UNTUK MONITORING PENDAKI GUNUNG
MENGGUNAKAN GPS BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 16
PROPOSAL SKRIPSI
Disusun oleh :
Abdul Sodiq Amrulloh NIM (08.12.209)
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIJURUSAN TEKNIK ELEKTRO S-1KONSENTRASI
TEKNIK ELEKTRONIKAINSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL MALANG2012
INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL MALANGFAKULTAS TEKNOLOGI
INDUSTRIJURUSAN TEKNIK ELEKTRO S-1KONSENTRASI TEKNIK
ELEKTRONIKA
RANCANG BANGUN HIKING TRACKER UNTUK MONITORING PENDAKI GUNUNG
MENGGUNAKAN GPS BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 16
PROPOSAL SKRIPSIDisusun oleh :
Abdul Sodiq Amrulloh NIM (08.12.209)
Diperiksa dan DisetujuiDosen Pembimbing II
Michael Ardita, ST, MTNIP.P. 1031000434
Dosen Pembimbing I
Ir. Yusuf Ismail Nakhoda, MTNIP.Y. 1018800189
3